Vom Körper zum Server: Mobile und drahtlose Datenerfassung und -übertragung in Gesundheitspflege-, Notfall- und AAL-Szenarien

Büsching, Felix

In vielen Szenarien in den Bereichen Gesundheitspflege, Notfallversorgung und AAL werden Daten durch Sensoren am menschlichen Körper erhoben. Diese Daten werden je nach Anwendungsfall entweder zur späteren Auswertung lokal gespeichert oder aber direkt über eine Funkverbindung zu einer Datensenke gesendet. In dieser Arbeit wird ein System vorgestellt, das in der Lage ist, Szenarien mit unterschiedlichen Anforderungen zu ermöglichen, wobei die gesamte Übertragungsstrecke vom Körper über häusliche Gateways bis hin zu Servern bzw. Backendsystemen abgedeckt wird. Da kein geeignetes Hardwaresystem verfügbar war, wurde mit INGA ein Sensorknoten geschaffen, der den Anforderungen an die Sensorausstattung, die Verarbeitungskapazität und die Funkübertragung gerecht wird. Zur Absicherung der Funkübertragung werden die Daten mit einem auf One-Time-Pads basierenden Kryptosystem verschlüsselt. Die Übertragung zum häuslichen Gateway geschieht über ein unterbrechungstolerantes Kommunikationsprotokoll (DTN), welches auch eine implizite Synchronisation derjenigen Daten ermöglicht, die außerhalb der Kommunikationsreichweite des Gateways, also außerhalb der Wohnung, aufgenommen wurden. Um im außerhäuslichen Bereich auch Notfallmeldungen absetzen zu können, wird außerdem ein mobiler Notfallkanal über ein Smartphone realisiert. Die aufgezeichneten Daten werden in den betrachteten Szenarien auf dem Gateway in der Wohnung der betreffenden Person gespeichert und dort ausgewertet. Um außerdem auch die Integrität dieser verteilen Gateways auch bei einer größeren Anzahl von Installationen sicherstellen zu können, wird ein System zur Fernüberwachung der verteilten Gateways über selbstinitiierte VPN-Verbindungen zu einer zentralen Überwachungsinstanz geschaffen. Mit den vorgestellten Lösungen werden somit vielfältige Anwendungsfälle mit teils gegensätzlichen Anforderungen unterstützt, die noch dazu parallel auf ein und denselben Sensorsystemen und mit den gleichen Protokollen betrieben werden können.

In the area of healthcare, emergency response and AAL, data are gathered by different sensors attached to the human body. Depending on the specific use case, these data are either stored locally for an offline analysis or transmitted directly via a radio link to a sink to enable an online assessment. In this thesis, a system that supports scenarios with different requirements is presented whereas the whole communication chain from the human body via home gateways to distant backend systems is addressed. Transferring sensor data from the worn sensor systems to a home gateway in a secure, safe, and lossless way is one of the major challenges. As no existing sensor system fulfilled the requirements completely, a new wireless sensor node has been developed: INGA. On the one hand, this node is equipped with the required set of sensors for movement and activity detection. On the other hand, the computation and communications capabilities are suitable for the addressed use cases. The wireless channel is secured by a cryptosystem relying on One Time Pads. Data are transferred to the gateway by a disruption tolerant network protocol (DTN) which also allows an implicit synchronization of data recorded outside the communication range of the gateway. To additionally enable a personal emergency response system outside of the habitation, a smartphone is utilized for mobile alarm messages. In the addressed scenarios, data are stored and processed on the home gateway in the residence of the user. In case of a detected emergency these gateways may trigger alarm messages. To ensure the integrity and functionality of the distributed gateways, a remote instance monitors these systems. The presented solutions support multiple use cases with competing aims which are now able to run simultaneously on the same sensor systems and using the same protocols.

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Büsching, Felix: Vom Körper zum Server: Mobile und drahtlose Datenerfassung und -übertragung in Gesundheitspflege-, Notfall- und AAL-Szenarien. 2013.

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